大型體育場膜結(jié)構(gòu)挑篷的結(jié)構(gòu)分析、設(shè)計理論與工程實(shí)踐.pdf

1、作為一種新型的建筑結(jié)構(gòu)體系,膜結(jié)構(gòu)已經(jīng)得到了世界范圍內(nèi)廣大建筑師、結(jié)構(gòu)工程師及業(yè)主的認(rèn)可.目前,在全球范圍內(nèi)膜結(jié)構(gòu)無論在工程界還是在科研領(lǐng)域均處于熱潮中,中國更是處于膜結(jié)構(gòu)建筑增長的最前沿.但與世界先進(jìn)水平相比,國內(nèi)在膜結(jié)構(gòu)領(lǐng)域的研究水平不高,許多方面的研究工作還處于起步階段.該文主要開展了如下幾方面的工作:根據(jù)非線性大位移理論,推導(dǎo)了膜單元的非線性剛度矩陣,建立了膜結(jié)構(gòu)的非線性有限元的基本方程.采用非線性有限元方法建立了膜結(jié)構(gòu)的初始形

2、態(tài)設(shè)計的理論和方法,很好地解決了這一膜結(jié)構(gòu)設(shè)計中的關(guān)鍵問題,使準(zhǔn)確地進(jìn)行下一步的結(jié)構(gòu)靜、動力性能分析成為可能.對于索膜結(jié)構(gòu)的初始形態(tài)設(shè)計,索、膜的張力比是初始形態(tài)設(shè)計結(jié)果能否令人滿意的決定性因素;典型膜面的靜力性能參數(shù)分析表明:增加預(yù)張力并不能顯著地提高膜面的剛度,但可以有效地控制膜面褶皺的出現(xiàn);增加膜面曲率不但可以顯著地提高膜面的剛度,還可以推遲褶皺的出現(xiàn);荷載的方向性對膜面的力學(xué)性態(tài)影響較大,這一特性在膜結(jié)構(gòu)的荷載效應(yīng)分析時應(yīng)引起注

3、意.在模擬大氣邊界層的風(fēng)洞中,對某大型體育場膜結(jié)構(gòu)挑篷進(jìn)行了風(fēng)洞測壓試驗(yàn),系統(tǒng)地研究了膜面上的平均風(fēng)荷載和脈動風(fēng)荷載特性.試驗(yàn)結(jié)果表明,負(fù)壓風(fēng)荷載是膜結(jié)構(gòu)挑篷設(shè)計的控制荷載;挑篷膜面的平均風(fēng)壓和均方根風(fēng)壓隨風(fēng)向角的變化規(guī)律相似;當(dāng)前緣處于迎風(fēng)位置時,前緣膜面壓力數(shù)值較大,后緣和中部膜面的壓力數(shù)值較小;當(dāng)后緣處于迎風(fēng)位置時,后緣膜面的壓力數(shù)值較大,前緣和中部膜面的壓力數(shù)值較小.采用某大型體育場膜結(jié)構(gòu)挑篷的風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對其進(jìn)行了靜力風(fēng)荷載效

4、應(yīng)分析,系統(tǒng)地研究了膜面的初始預(yù)張力、抗風(fēng)索的截面積、抗風(fēng)索的預(yù)張力、拱距以及拱的矢跨比對膜面抗風(fēng)性能的影響.通過計算分析表明,設(shè)置抗風(fēng)索是提高膜結(jié)構(gòu)抗風(fēng)性能的有效措施;在膜面初始預(yù)張力保持不變的前提下,對抗風(fēng)索施加預(yù)張力并不能改善膜面的抗風(fēng)性能;增加拱的矢跨比可以有效地提高膜面抗風(fēng)性能.在了解膜結(jié)構(gòu)動力特性的基礎(chǔ)上,建立了膜結(jié)構(gòu)非線性風(fēng)振響應(yīng)的時程分析法.然后直接應(yīng)用某大型體育場剛性模型風(fēng)洞試驗(yàn)測量所得到的風(fēng)壓時程數(shù)據(jù),對該體育場挑篷